第一部分　雨水集蓄利用和農村家庭用水

第1章　甘肅省農村雨水集蓄利用的發展

1.1　甘肅省的氣候和水資源條件

甘肅省位于中國西北部（見圖1.1），人口2600萬，是中國最干旱的省份之一。多年平均年降水量僅為306mm，而潛在蒸發量達到1500～2500mm。缺水阻礙了經濟社會的發展和改善人民生活的各種努力。表1.1是世界、中國和甘肅省的降水量和水資源量。長期水短缺是當地低下的農業生產和民眾貧困的主要原因之一。

在位于甘肅省中、東部的黃土地區，情況更差。廣闊的黃土高原丘陵區被大量的溝谷和沖溝所切割。深厚的黃土層1最深達到300m，滲透性強，吸收了絕大部分降雨量。這里的地貌是歷史上風積和河流沖積形成的黃土高原。降水中只有少部分能形成河川徑流，平均徑流系數僅為0.08～0.1。多數地方的黃土層上覆于不透水的第三紀紅層上，地下含水層含水貧乏，地下水資源十分短缺。人均總水資源量僅為260m3，黃土地區的這些條件已到了支撐人類生存的最低極限。

多數農業區年降水量為200～500mm，而其中55%～60%集中在夏季的7—9月，作物生長關鍵期的降雨量只有全年不足四分之一。

旱災頻繁發生。根據歷史文獻記載，從隋朝到現在的1400年間，發生了634場旱災，差不多每兩年一次。而在過去的40年間，旱災發生了36次，達到10年9旱。持續的水短缺對當地人民生活和環境產生了嚴重后果。

——1995年前，甘肅省有約300萬農村居民沒有安全飲用水源。由于不利的地質條件，多數地下水礦化度高，不能飲用。在旱年，政府從小溝谷等遠處水源用卡車把水運送到缺水鄉村。而運水卡車沒有到達的鄉村，居民每天要花費數小時從深溝或遠處挑水。調查表明，5人家庭每年平均花費在挑水上的勞力達70個。雖然存在健康風險，但人畜共用一塘水的現象很普遍。此外，部分居民使用傳統水窖收集雨水，但水窖水多數渾濁而不潔。

——缺水意味著這里的農業是生存型的。由于沒有可靠供水，農民不能種植經濟作物，所以他們的收入很低。人均年收入僅為60～100美元。有400萬人生活在或低于貧困線。在90年代以前，山區農戶多數不能生產辣椒、番茄、黃瓜、茄子等這樣的細菜。

——農業生產完全依賴于無定時的降雨。每公頃糧食平均單產僅為1.8t（人均約284kg）。由于產量低，農民不得不盡量擴大種植，就連陡坡也用來種莊稼，造成土壤侵蝕加劇，侵蝕量每年達到5000～10000t/km2，相當于每年剝去0.5～1cm的表土，而土地的退化也因而年甚一年（見圖1.2）。

由于當地居住的分散性，不利的地形條件以及高昂的造價，修建引水工程十分困難。唯一現實可行的水資源是直接利用雨水。雖然當地降雨量稀少，但每年降落在全區面積為15萬km2土地上的雨量可達540億m3。這一數量比黃河在蘭州斷面上年徑流量還要大。但是降雨量中的五分之三被蒸發掉了，五分之一成為河川徑流，其余部分為作物直接利用。

要在這樣干旱的地方利用雨水，存在多種挑戰。不僅是因為全年總雨量少，更因為降雨分配集中于7—9月，還常發生連年旱的現象。要使利用雨水成為可能，必須對雨水徑流進行富集并進行存儲以備未來之需。

黃土地區的雨水收集有著久遠的傳統。許多家庭修建水窖以儲存雨水，已有幾個世紀。農戶從天然地面收集雨水并儲存在用黏土防滲的瓶形水窖里。多數家庭擁有不少于2個水窖，每個水窖容積20m3到最大70m3。由于入流少和水窖漏水，土壤表面徑流系數很低以及許多情況下水窖容積偏小，集雨系統往往不能完全滿足家庭生活用水所需，更不用說去進行補充灌溉了。傳統的集雨系統常常需要大量的維護工作，例如常常要在窖壁和底部抹草泥以減少滲漏。當地的紅黏土埋藏在黃土層下面。這是一種良好的防滲材料。但是一旦發生漏水，水窖周圍的黃土被侵蝕，導致水窖垮塌。傳統系統另一個問題是在天然集流面上小雨幾乎不產生徑流，而大雨則會引起土壤沖刷使進入水窖的水十分渾濁。在20世紀80年代末，許多農戶仍然靠這些傳統水窖提供生活用水，但他們多數常年經受著缺水困擾。

為了改變這一情況，甘肅水科院（GRIWAC）在1988—1992年間，在甘肅省政府和甘肅省水利廳的支持下，開展了一項研究和示范項目。他們用8種不同材料建立了28個雨水集流面試驗小區，對雨水集流效率進行了測試，并分析了8種集流面上集流效率和降雨特性（每場降雨的雨量和雨強）之間的關系。這項工作發現傳統采用的天然土壤坡面上的集流效率僅為0.08。農村中草泥屋面的集流效率也很低。試驗表明，如果把屋面改造為瓦屋面，集流效率可大大提高。普通黏土瓦屋面可達0.45，而水泥瓦屋面達到0.75。混凝土襯砌的庭院地面，集流效率達到0.8，是傳統天然土坡集流效率的10倍。通過試驗，甘肅水科院建議廣泛采用這種集蓄雨水的方法作為農村家庭供水的一種模式（見圖1.3）。如果采用瓦屋面和混凝土襯砌庭院作為集流面和修建適當大小的水泥水窖來儲存雨水，可以滿足農戶用水的基本需求，保證率達到90%。接著進行了為期3年的示范項目表明，該系統可以有效解決農村居民的飲用水問題。

甘肅水科院還通過示范展示，采用類似的雨水集蓄利用進行補充灌溉也是可行的。簡易而價廉的溫室大棚頂部塑料薄膜可用來收集雨水以滿足一季蔬菜用水所需。

在此研究和示范項目成果的基礎上，甘肅省政府在1995年夏季，決定開展“1-2-1”雨水集蓄利用工程2。該工程成為中國第一個大規模雨水集蓄利用項目。這一年在甘肅省黃土地區發生了60年一遇的特大旱災，給農村居民帶來了極大的困難，也促成了采取迫切和重大措施的決定。“1-2-1”工程非常成功，解決了130萬人口的家庭飲用水問題。

第一次的嘗試給甘肅省許多貧困農村帶來了極大的變化，也讓政府和當地群眾看到了雨水集蓄利用的巨大潛力。從1996年起，甘肅省的雨水集蓄利用開始從主要為解決生活用水擴展到提高農業生產的領域，擴展到整個雨養農業的范圍（見圖1.4）。

20多年的不同嘗試和實踐證明，雨水集蓄利用不但可以滿足甘肅省農村家庭用水的基本需求，而且能為作物提供補充灌溉用水，使作物產量平均增加4成。甘肅省的實踐證明了雨水集蓄利用是黃土高原干旱山區農村開發水資源的一條新路。缺水是幾個世紀以來許多農村居民貧困生活的根本原因。農民的水池里有了水，他們就能按照市場的需求來重新安排他們的生產方式，從而極大地提高收入和擺脫貧困。而通過補充灌溉提高了土地生產率，也有助于農民更好地參與國家“退耕還林”計劃。該計劃鼓勵農民把他們在低產山坡地種莊稼改為種草種樹，從而減少了土壤侵蝕并保護了環境（見圖1.5）。

雨水集蓄利用是一種分散式的水管理模式，特別適合于居住分散的山區居民。它的技術簡易，又是傳統技術，因此易為當地群眾所接受。它的實施主要以農戶為主進行，政府只給以有限的資助，水的使用者也是雨水系統的法定所有人。因而農戶有著很高的積極性。他們參與了從規劃、設計、施工到運行維護的全過程。不像一些大中型工程往往會對生態環境帶來負面影響，也易于引起社會矛盾，以農戶為單元的雨水集蓄利用工程則是環境友好工程，也獲得了社區的廣泛支持。

上面介紹的雨水收集和利用已成為甘肅省山區和鄰近的半干旱地區可持續發展綜合模式的一部分。這一方法也在中國15個省、直轄市、自治區得到推廣應用。在甘肅省的“1-2-1”工程后，許多省市也進行了大規模的雨水利用工程，如內蒙古的“1-1-2”工程3、寧夏回族自治區的“窖灌工程”、貴州省的“渴望工程”、四川省的“甘露工程”等。根據2007年的調查，儲存雨水的建筑物、包括小型塘壩的數量達到1000多萬個，蓄水總量達46億m3。雨水利用系統已為2200萬居民提供了生活用水，為280萬hm2雨養農田提供了補充灌溉。雨水集蓄利用成為中國大、中、小、微水資源開發利用工程的重要組成部分。